吸收（二氧化碳-水）实验讲义

1、 了解填料吸收塔的结构和流体力学 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方 1测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液 。2采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。1气体通过填料层的压强 降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降 P的关系如图 所示：L L L321=L00aPk3,2P10u , 图 6-1-1 填料层的 u关系当无液体喷淋即喷淋量 时，干填料的 u的关系是直线，如图中的直 线。当有0一定的 时， Pu 的关系变成折线，并存在

2、两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折 Pu 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。2传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不 （1） 膜系数和总 数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收 质的传质速率方程可分别表达为G k (p p )气膜液膜（6-1-7）（6-1-8）AgAAiG k C C )AlAiA33GA 组分的传 kmoIs式中：；1AA 两相接触面 m ；2PA气侧 A组分的平均分压 ；PAi相界面上 A

3、组分的平均 Pa；C液侧A 组分的平均 kmol m3ACkmol m相界面上 组分的浓度3Aikmol m s Pak 以分压表达推动力的气侧传质膜系 ;211gmsk 以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数 ，。1lP = PC ，F2A2A2LAAiAidhPCAAA气膜液膜P +dPC +dCAAAAP =PC ，F1A 1A1L图 6-1-2双膜模型的浓度分布 图图6-1-3 填料塔的物 图以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达 为G K (p p )（6-1-9）AAGAG K C C )（6-1-10）AALAp式中： 液相中 A组分的实际浓度所

4、要求的气相平衡分 Pa；AC气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓 mA3；系K 以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总数，Gkmol m s Pa1 ；2134msK 以气相分压表示推动力的总传质系 。1LC Hp若气液相平衡关系遵循 ，则AA111（6-1-11）（6-1-12）KkGgl1H 1KkkLgl当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程式受气膜传质速率 K = k ；Gg反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控 K = k。Ll如图6-1-3所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质 的物料衡 ：FdG d

5、CL（6-1-13a）AAL s式中：F 液相摩尔流 1；L m 液相摩尔密 3。L根据传质速率基本方程 dG K C C )aSdh（6-1-13b）（6-1-13c）AALA联立上两式 ：FdCdh LAK aSC CLLAA式中：a 气液两相接触的比表面 m m ；2-1S 填料塔的横 ，m 。2本实验采用水吸收二氧化碳，已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，因此，液相摩尔流 率和摩 度 的比值，亦即液相体 ） 和两L相接触比 积，在整个填料层内为一定值，则按下列边值条件积分 6-1-13c），可得填料层高度的计算 ：C Ch=0 ，h=h ，A.2C CAA1VdCh CsLA（6-1-

6、14）1K aSC CCLA2AA35VH 令，且称 HL为液相传质单 （HTUsLK aSLLdCN CA，且称 NL为液相传质单 A1C CLCA2AA因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘 h = H N（6-1-15）LL若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线 6-1-14）为可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传 ：VC Ch （6-1-16）（6-1-17）sL1A2K aSCLAmhhN HC C )/CLL1A2C式中为液相平均推动力 .mC CC C )C C )A21C （6-1-18）1A2A21CCC CAmA2In

7、ln.21A21C C1因为本实验采用纯水吸收二氧化碳 C C C Hp（6-1-19）（6-1-20）1A2AA二氧化碳的溶解度常数 ，1H komlm Paw31M Ewkgm ;式中： 水的密度，3wkgkmolM 水的摩尔质 1 ；wE 二氧化碳在水中的享利 Pa。因此，式（6-1-18）可简化为CC 1CAmAlnC CA1因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系 即36V C Ck a K a （6-1-21）sL1A2hSCl（1）仿真工艺图LAm图 1. CO2

8、吸收解吸现场图（2）主体设备根据对装置 。表 1名称干燥设备的 识用途压力容器敞口容易填料塔存储吸收剂解吸吸收过 的吸 吸收 CO2 非变频动力装置P101P102风机水泵提供吸收液 非变频动力37装置非变频动力装置解吸泵（3）测量仪表根据对流程的认识，在下面的表格中填写相 。表 2测量仪表认 识位号吸收液温度TI02（4）实验流程说 明吸收质（纯二氧化碳气体）由钢瓶经二次减压阀和转子流量计 1体由下向上经过填料层与液相水逆流接触，到塔顶经放 P102提供，经转子流量 计 进入塔顶，再喷洒而下；吸收后溶液由塔底流入塔底液料罐中由解吸泵P103经 FI 进入解 FI04流量计进入解吸塔塔底由下向

9、上经过填料层与液相逆流接触 阀1 ，U形液柱压差计用以测量填料层的 。【实验步骤】 测量吸收塔 P）u 关系曲线 先全开阀门 与进入吸收塔的空气进 1 FI04上的阀门 ，将 5的阀门打开少许，关闭解吸塔的空气进气 阀3 V 和空气流量计 再利用阀V调节进塔的空气流量。空气流量按从小到大的 层 （U形液柱压差计），然后在对数坐标上以空 u为横坐标，以单位高度 降PZ 为纵坐标，标绘干填料 PZ)u关系曲线 。 测量吸收塔在某喷淋量 层(PZ)u关系曲线 ：38先打开流量 计2上的阀门，然后打开泵 2的 40L（水的流量因 、转子流量计读数和流量计处空气温度，并注意观察塔内的操作现象，一旦看到液

10、泛现象时，记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为 Lh Pu关系曲线，从图上确定液泛气速，并与观察的液泛气速相 二氧化碳吸 数 ：吸收塔（水流量为 6 /h） 打开阀门 V V 调节水流量 计 到给定值，然后打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀，二氧化碳流量一般控制 /h左右为宜，操作达到稳定状态之后，测量塔底的水温，同时点击取 3 或 V ）取样，测定两塔塔顶、塔底溶液中二氧化碳的 取样阀。（实验时要注意吸收塔水流量计和解 要一致，并注意吸收塔下的储料罐中的液位，对各流量计及时调节以达到实验时的操作条件 二氧化碳含 定设定中和用氢氧化钡浓度，氢氧化钡体积，滴定盐酸浓 能得出消耗的

11、盐 。注意事项】 开启 CO2总阀前，要先关闭自动减压阀，开启开度不 。 实验时要注意吸收塔水流量计和解吸塔水流量计要一致，并注意吸收塔下的储料罐中的液位 。报告内容】 实验数据的计算及结果 填料塔流体力学性能测定（以设备填料塔干填料时 第4组数据 转子流量计 1.5.0m/h；转子流量计处空气温度 ；填料层压降 U326.0 mmH2O因为空气流量计处温度 20，需要对读数进行校正，所以空气实际体积流量 为(273t ) p实(27320) pV V 标 mh3实读实实u 空塔气速2 （m/s）（ /4D39单位填料层 P（mmH2O ）ZP为纵坐标作 P 关系曲线，u在对数坐标纸上以空塔气

12、速为横坐 标，uZZ见图 2。 传质实验（以设备吸收塔的传质实 ）(a).吸收液消耗 积V =8.3 ml，则吸收液浓 ：1CVC VBa()2Ba()2HCl HClCkmol/m31V因纯水中含有少量的二氧化碳，所以纯水滴定消耗盐酸体积，则塔顶水中 浓度 CVC V()2() C2A2V由化工原理下册吸收这一章可查得 亨利 则 CO2的溶解度常数 为1kmolm PaH w 31MEw塔顶和塔底的平衡浓度 为CC * H P1A20液相平均推 为C C（C * C )C * C )C CA2C 1A2A21A211 1A2AmCA2C* C* CC* Clnln A2ln A2A21C1C

13、C* C11因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过 程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系 V C Ck a K a sL1A2hSClLAm同样可以求得拉西环的传质实验结 实验结果列 表填料层压强序 降 mmH2O号空塔气速mmH2O/m3/h40123456强 降操作现象1011121314被吸收的气 : 纯 CO ; 吸收剂水;2塔类型填料种类填料尺寸填料层高度流量计处 C 的体积流量水转子流量 数水流量4123样品的体积A1A23平衡浓度CA*平均推动力22液相体积传 数附录msYa表五 二氧化碳在水中的

14、亨利 温度，10 ，-5kPa60CO0.738 0.888 1.05 1.24 1.44 1.66 1.88 2.12 2.36 2.60 2.87 3.4621、下列关于体积传质系数与液泛程度的关系正确 ：、液泛越厉害 越小b、液泛越厉害 越大c、Kya随液泛程度先增 少d、Kya 随液泛程度无变 化2、关于亨利定律与拉乌尔定律计算应用正确的是 ：、吸收计算应用亨利定律b、吸收计算应用拉乌尔定 律、精馏计算应用亨利定律d、精馏计算应用拉乌尔定 律3、关于填料塔 p与 u和喷 l的关系正确的是 ：、u 越大， p 越大42b、u 越大， p 越小c、l越大， p 越大d、l越大， p 越小4

15、、判断下列诸命题是否正 、喷淋密度是指通过填料层的液体量、喷淋密度是指单位时间通过填料层 d、喷淋密度是指单位时间通过单位面积填料层的 积5、干填料及湿 降气速曲线的 、对干填料 u P/Z 增大b、对干填料 u P/Z 不变c、对湿填料 uP/Z 增大d、载点以后泛 u增 P/Z不变、泛点以后 u P/Z 增大6、测定压降-气速曲线的 、确定填料塔 b、确定填料塔 、确定填料层 d、选择适当的 7、测定传质系 数的 、确定填料塔 b、计算填料塔 、确定填料层 d、选择适当的 8、为测取压降 - 速曲线需测下列哪组 、测流速、压降和大气 压b、测水流量、空气流量、水温和空气 、测塔压降、空气转子流量计读数、空气温度、空气压力和